Adaptador Power over Ethernet (PoE)

Descrição

Power over Ethernet ou simplesmente PoE, é a tecnologia utilizada para o transporte da alimentação de dispositivos de rede através do cabo de pares de cobre juntamente com os dados. É bastante útil em situações em que os dispositivos que queremos ligar se encontram afastados de uma tomada eléctrica ou qualquer outro tipo de alimentação. Nesta situação tiramos proveito do cabo Ethernet, pois nele existem 4 pares de condutores, mas no entanto, para a maioria das redes, apenas 2 pares fazem a transmissão de dados. A tecnologia PoE consiste na utilização dos 2 pares não utilizados para o transporte de energia eléctrica necessária para alimentar o dispositivo.

Existem várias arquitecturas de utilização PoE e muitas delas já existiam antes da tecnologia ser estandardizada, pelo que hoje em dia são utilizados vários tipos diferentes e nem todos são compatíveis. Os dispositivos compatíveis com PoE recebem a alimentação directamente do cabo de rede mas há que ter em atenção que de acordo com os fabricantes, variam o valores nominais de tensão e corrente, e em alguns casos, até os pares de cobre utilizados para o transporte de energia.

 Aplicar uma tensão em terminais não dimensionados para tal, poderá danificar o dispositivo ou mesmo deixá-lo inutilizável. Para evitar esta situação, a melhor maneira de fazer um adaptador PoE é separando os dois sinais à entrada do dispositivo, através de dois circuitos simples, um injector e um separador. Como o nome indica o injector irá injectar energia eléctrica no cabo de rede, este circuito será colocado perto da origem da instalação, onde temos um modem ou um switch e claro, uma tomada para ligar o dispositivo remoto. Sairá então o cabo de Ethernet com dados e alimentação que irá ligar ao dispositivo. Perto deste dispositivo será colocado o segundo circuito, o separador, este receberá os dados e a alimentação e separará os dois sinais, saindo deste circuito duas fichas, uma de Ethernet e uma de alimentação DC, evitando assim aplicar tensões onde desconhecemos.

Por exemplo, consideremos o caso do eLab, temos um switch no fundo da sala e queremos alimentar um router wireless de 12V que está na ponta oposta da sala, que para obter maior cobertura pela área departamental, foi colocado perto de uma janela onde não existem tomadas para o ligar. O diagrama da rede é o seguinte:

 Material

• 2 Fichas RJ45 fêmeas
• 2 Caixas de plástico
• 2 Cabos Ethernet (ou cabo UTP + 4 fichas RJ45 para cravar)
• 1 Conector DC macho
• 1 Conector DC fêmea
• Placa pré-furada ou PCB

Neste projecto utilizámos apenas componentes usados e reciclados de aparelhos velhos pelo que tivemos um custo total de 0€.

Execução

No nosso caso, aproveitámos umas caixas antigas de tomadas de telefone como se vê na imagem seguinte:

 Retirámos as fichas RJ11 e substituímos por fichas RJ45. Mas partindo de duas caixas de plástico é apenas necessário abrir uma abertura para encaixar as fichas RJ45 e fixá-las, por exemplo com cola quente. Numa das caixas é necessário fazer também uma abertura para colocar o conector DC fêmea, para a entrada da alimentação, ou seja, essa caixa será o injector.

Agora para perceber as ligações a efectuar temos que perceber primeiro como funciona a transmissão de dados pelo cabo Ethernet.

Para redes de 10 e 100Mbps temos a seguinte configuração nos pares de cobre:

 Como vemos na tabela, os pinos 4, 5, 7 e 8 não são utilizados, então vamos usá-los como terminais positivos e negativos para alimentação. Usa-se os dois pinos 4 e 5 (azul e azul/branco) como positivo e os pinos 7 e 8 (castanho/branco e castanho) como negativo.

Relativamente à norma das cores, não interessa qual é a norma que se usa, no entanto, ao escolher uma, todo o projecto deverá ser feito com a mesma norma, porque ao usar duas normas diferentes no mesmo cabo, deixamos de ter um cabo Ethernet e passamos a ter um cabo Crossover e o adaptador não funcionará. No nosso caso usámos a norma 568B visto ser a mais comum em cabos de Ethernet pelo que todo o projecto daqui para a frente será referenciado com essa norma.

A figura seguinte mostra como identificar a que corresponde cada pino numa ficha RJ45:

 Cortámos o cabo de Ethernet de forma a obter duas pontas com cerca de 15 cm de comprimento. Também podem ser feitas as pontas com cabo UTP e cravando as fichas RJ45.

Uma das pontas será o cabo de ligação do circuito injector ao Switch e a outra ponta a ligação do circuito separador ao Router Wireless.

Nestas duas pontas os pares azul e azul/branco e castanho e castanho/branco são cortados e deixados em aberto. Em nenhuma situação deverão ser ligados à alimentação DC, sob o risco de danificar o Switch e/ou o Router Wireless, pelo que deve-se garantir que ficam em aberto!

As ligações devem ser feitas de acordo com o seguinte esquema:

 Os 2 pares restantes são ligados normalmente à ficha RJ45 fêmea nos pinos correctos. A alimentação vinda do conector DC fêmea irá ligar no lugar dos pares que ficaram em aberto. O positivo irá ligar nos pinos 4 e 5, e o negativo nos pinos 7 e 8 da ficha RJ45 fêmea. No circuito separador acontece exactamente o mesmo, sendo a única diferença o conector DC macho.

O nosso injector ficou então com o seguinte aspecto:

 Aqui pode-se ver a ponta que virá do Switch e o conector DC a ligar na ficha RJ45. Olhando em pormenor é possível reparar que a ficha RJ45 encontra-se um pouco derretida devido ao facto de ser material reaproveitado, bem como a placa pré-furada. Existem fichas com contactos de aperto mecânico ou de encaixe, sendo nesse caso dispensável a placa pré-furada.

E aqui o nosso separador:

 Nesta imagem vemos a ficha RJ45 que receberá o sinal PoE, onde depois os dados são separados da alimentação. Os dados são enviados por essa ponta de cabo Ethernet que irá ligar no Router Wireless e a alimentação sairá por outro cabo que irá ligar ao conector DC para alimentar o router, apesar de não ser visível na imagem, por estar atrás do cabo de rede.

Antes de experimentar, testámos a continuidade de cada pino, para isso, ligámos o injector ao separador através de um cabo Ethernet e depois verificámos que os pinos 1, 2, 3 e 6 tinham continuidade, de uma ponta à outra, bem como as fichas DC. Confirmámos também que não existia continuidade nos pinos 4, 5, 7 e 8 uma vez que estes estão cortados e deixados em aberto em cada ponta. Testámos ainda a continuidade de pinos adjacentes para garantir que não existiam curto-circuitos.

Resultados

Acabado o circuito e testado o nosso adaptador PoE ficou com o seguinte aspecto:

 O injector no lado direito e o separador do lado esquerdo como se comprova pelo cabo de saída DC.

Este é o nosso adaptador visto de trás:

 Nesta imagem já se consegue ver a entrada DC no injector.

Relativamente à influência da alimentação nos cabos de dados, para adaptadores bem executados, está provado que a tecnologia PoE não tem qualquer tipo de influência, não existe interferência na transmissão de pacotes nem na velocidade de transmissão.

Nas imagens seguintes podemos ver os adaptadores nos lugares para onde eram destinados, a rede eLab tem estado a funcionar normalmente e não houve qualquer tipo de problema.

Observações

Uma vez mais relembramos que nas pontas do cabo de rede do injector e do separador os pares de cobre com os pinos 4, 5, 7 e 8 (azul, azul/branco, castanho/branco e castanho) têm que ser cortados e deixados em aberto. Se isto não for efectuado ou se houver algum tipo de anomalia que imponha tensão sobre estes pinos, os dispositivos de rede podem ser danificados. É preciso garantir que ficam em aberto e preferencialmente até isolados.

Como já foi mencionado, a tecnologia PoE utiliza os 2 pares de cobre que não são usados no cabo de rede, no entanto, isto é válido apenas para redes de 10 e 100Mbps, que são as mais comuns. As redes de 1Gbps utilizam os 4 pares de cobre para transmissão de dados pelo que a tecnologia PoE é aplicada de forma diferente com uma técnica chamada de Phantom Power, pelo que o método abordado neste tópico não funciona para estas redes.

Para evitar correr riscos de danificar dispositivos de rede é aconselhado nunca injectar o sinal PoE directamente num dispositivo a menos que se tenha certeza absoluta das características do aparelho, do funcionamento interno e do que se está a fazer. Como tal é aconselhado sempre a utilização dos dois adaptadores: o injector e o separador.

De acordo com a aplicação, é necessário ter em conta um factor importante, as quedas de tensão. Para a maior parte das utilizações, especialmente para fracas potências, as quedas de tensão num cabo com PoE são desprezadas, no entanto para distâncias elevadas entre adaptadores, as quedas de tensão começam a ter valores significativos que podem influenciar o desempenho dos dispositivos. Se estas forem relevantes a tensão do alimentador deve ser aumentada de forma a compensar as quedas para que o dispositivo tenha a tensão nominal de funcionamento aos seus terminais. Para o nosso caso o router encontra-se a menos de 5 m do switch pelo que as quedas de tensão são desprezáveis. No entanto para distâncias elevadas elas devem ser calculadas e levadas em consideração. A tensão máxima utilizada em sistemas PoE é de 57V DC.

Se não tiverem a certeza sobre a rede ou sobre os dispositivos que têm, sobre como funcionam e sobre o que estão a fazer, é aconselhado não tentarem fazer adaptações, sob o risco de danificarem os aparelhos, nós não nos responsabilizamos por qualquer tipo de danos causados.